Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Xã Lâm Giang ra mắt mô hình "Nhà văn hóa số"

Xã Lâm Giang ra mắt mô hình "Nhà văn hóa số"

Ngày 20/11/2025, tại thôn Nghĩa Dũng, UBND xã Lâm Giang tổ chức ra mắt mô hình “Nhà văn hóa số”. Đây là mô hình điểm quan trọng trong thực hiện Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia; kế hoạch chuyển đổi số năm 2025 của xã.

Hạt nhân chuyển đổi số ở cơ sở

Hạt nhân chuyển đổi số ở cơ sở

Ở thôn Ngòi Cát, xã Bảo Ái, Bí thư Chi bộ Trịnh Xuân Lâm không chỉ gương mẫu, mà còn là hạt nhân tiên phong trong ứng dụng công nghệ thông tin, đưa chuyển đổi số vào hoạt động của chi bộ, đồng thời hướng dẫn người dân áp dụng công nghệ trong sản xuất. Nhờ đó, diện mạo nông thôn vùng cao ngày càng khởi sắc, Ngòi Cát từng bước trở thành điểm sáng trong phong trào chuyển đổi số ở cơ sở.

"Trợ lý ảo" đồng hành "ươm mầm xanh"

"Trợ lý ảo" đồng hành "ươm mầm xanh"

Tại Lào Cai, nhiều trường mầm non đã chủ động ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong giảng dạy và chăm sóc trẻ, giúp giáo viên tiết kiệm thời gian, làm mới bài giảng. Nhờ đó, hành trình “ươm mầm xanh” trở nên sinh động, giàu trải nghiệm và hiệu quả.

Lan tỏa kỹ năng phòng tránh lừa đảo trực tuyến trong cộng đồng

Lan tỏa kỹ năng phòng tránh lừa đảo trực tuyến trong cộng đồng

Triển khai chiến dịch “Chống lừa đảo trực tuyến 2025” cùng với Cục An ninh mạng và Phòng, chống tội phạm sử dụng công nghệ cao (A05 - Bộ Công an) và Hiệp hội An ninh mạng quốc gia (NCA), nhằm giúp cộng đồng nhận biết và phòng tránh các hình thức lừa đảo trực tuyến ngày càng tinh vi, nền tảng TikTok thực hiện các cảnh báo lừa đảo trực tiếp trong ứng dụng (in-app warning) đến người dùng trên toàn quốc.

Tạo bước chuyển đổi số tới nhóm hộ kinh doanh khi bỏ thuế khoán

Tạo bước chuyển đổi số tới nhóm hộ kinh doanh khi bỏ thuế khoán

Các hộ kinh doanh trên toàn quốc đang chuẩn bị chuyển từ hình thức thuế khoán sang kê khai thuế điện tử. Chương trình chuyển đổi số được ngành Thuế đẩy nhanh với sự đồng hành của doanh nghiệp công nghệ, nhằm giúp hộ kinh doanh vận hành minh bạch, dễ tiếp cận chính sách và nâng cao năng lực số trước ngày 1/1/2026.

Khởi nghiệp tại quê hương từ công nghệ số

Khởi nghiệp tại quê hương từ công nghệ số

Nếu nhiều bạn trẻ ở thành phố khởi nghiệp với những mô hình kinh doanh hiện đại, thì không ít bạn trẻ dân tộc thiểu số lại chọn hành trình khởi nghiệp ngay tại bản làng của mình. Họ tận dụng sức mạnh của công nghệ số để lan tỏa nét văn hóa bản địa, đồng thời đưa những sản vật vùng cao đến với thị trường và người tiêu dùng ở khắp mọi nơi.

Yên Bình khai trương mô hình hợp tác xã nông nghiệp thông minh

Yên Bình khai trương mô hình hợp tác xã nông nghiệp thông minh

Ngày 12/11, UBND xã Yên Bình phối hợp với VNPT Lào Cai tổ chức nghi thức bấm nút khai trương mô hình hợp tác xã nông nghiệp thông minh, trong khuôn khổ Lễ ký kết thỏa thuận hợp tác về chuyển đổi số, giai đoạn 2025 - 2030. Sự kiện đánh dấu bước khởi đầu quan trọng, hướng tới tăng cường hỗ trợ chính quyền số và phát triển kinh tế số tại địa phương.

Nền tảng phát triển bền vững ở Tả Phìn

Nền tảng phát triển bền vững ở Tả Phìn

Ở xã Tả Phìn, chính quyền, dữ liệu và người dân cùng kết nối trong nhịp sống số. Tả Phìn đang chuyển mình thành “xã số” ở mọi lĩnh vực, từ quản trị, kinh tế đến an sinh, tạo nền tảng phát triển bền vững.

Phát triển các dịch vụ số cho người nộp thuế

Phát triển các dịch vụ số cho người nộp thuế

Nhằm tạo thuận lợi tối đa cho người nộp thuế, ngành thuế đang đẩy mạnh cải cách, đơn giản hóa thủ tục hành chính và số hóa quy trình quản lý, đồng thời khuyến khích người dân, doanh nghiệp tham gia giám sát hoạt động của cơ quan thuế. Những nỗ lực này góp phần hiện đại hóa công tác quản lý thuế, hướng đến mục tiêu thu ngân sách vượt mốc hơn 2 triệu tỷ đồng trong năm 2025.

fb yt zl tw